5. Биологическая роль р-элементов ivа-группы. Применение их соединений в медицине

Углерод. По содержанию в организме человека (21,15 %) углерод относится к макроэлементам. Он входит в состав всех тканей и клеток в форме белков, жиров, углеводов, витаминов, гормонов:

С биологической точки зрения углерод является органогеном номер 1.

Кремний. По содержанию в организме человека (10-3 %) кремний относится к примесным микроэлементам. Больше всего кремния в печени, надпочечниках, волосах, хрусталике. Так как природный кремний диоксид плохо растворим в воде, то в организм человека он попадает не столько через пищеварительный тракт, сколько воздушным путем через легкие в виде пылеобразного SiO2:

С нарушением обмена кремния связывают возникновение гипертонии, ревматизма, язвы, малокровия.

Недавно было установлено, что кремний содержится в коже, хрящах, связках млекопитающих и входит в состав мукополи-сахаридов, где прочно связан эфирными связями, возникающими при взаимодействии ортокремниевой кислоты с гидроксильными группами углеводов:

В отличие от углерода в составе биомолекул кремний связан только с атомами кислорода (связь Si--О), так как энергия этой связи существенно выше энергии связей Si--Н, Si--С, Si--S и т.д.

В медицинской практике применяют кремний (IV) карбид SiС -- карборунд для шлифовки пломб и пластмассовых протезов. Диоксид кремния SiO2 входит в состав силикатных цементов.

Необходимо отметить, что пыль, состоящая из частиц угля, кремния диоксида SiO2, алюминия, при систематическом воздействии на легкие вызывает заболевание -- пневмокониозы. При действии угольной пыли -- это антракоз -- профессиональное заболевание шахтеров. При вдыхании пыли, содержащей SiO2, возникает силикоз, при действии алюминиевой пыли -- алюминоз.

Механизм развития пневмокониозов во многом неясен. Предполагается, что при длительном контакте силикатных песчинок с биологическими жидкостями образуется гелеобразная поликремниевая кислота, отложение которой в клетках ведет к их гибели.

Германий. По содержанию в организме человека (10-5--10-6%) германий относится к микроэлементам. Биологическая роль окончательно не выяснена. Соединения германия усиливают процессы кроветворения в костном мозге. Известно также, что соединения германия малотоксичны.

Олово. По содержанию в организме человека (10-4%) олово относится к микроэлементам. Сведения о биологической роли противоречивы.

Олово попадает в организм человека с кислыми продуктами, консервированными в жестяных банках, покрытых слоем олова. В кислой среде олово растворяется и в форме соли поступает в кровь, проявляя токсическое действие

Sn + 2НА > SnА2 + Н2

Однако в опытах на крысах установлено, что олово в малых количествах стимулирующе действует на рост крыс. Это дает основание предполагать его необходимость и для человека. Безусловно, выяснение биологической роли этого микроэлемента требует дополнительного изучения.

В медицинской практике находят применение различные материалы, в частности пломбировочные, содержащие олово, Так, олово входит в состав серебряной амальгамы (28%) для изготовления пломб.

Применение олова фторида как средства против кариеса зубов основано на превращении гидроксилапатита в Sn2РО4(ОН) (образуется при низкой концентрации SnF2) или в Sn3(РО4)F3 (образуется при высокой концентрации SnF2):

Са5(РО4)3ОН + 2SnF2 = Sn2РО4(ОН) + 2СаF2 + Са3(РО4)2

2Са5(РО4)3ОН + 6SnF2 = 2Sn3(РО4)F3 + 2Са3(РО4)2 + 3СаF2 + Са(ОН)2

Свинец. Свинец и его соединения, особенно органические, весьма токсичны. Соединения свинца влияют на синтез белка, энергетический баланс клетки и ее генетический аппарат. Многие факторы говорят в пользу денатурационного механизма. Установлено, что свинец -- один из элементов, присутствие которых в продуктах питания влияет на развитие кариеса.

Существуют многочисленные доказательства постепенного накопления свинца в растениях и тканях животных и человека в результате повседневного загрязнения окружающей среды свинцом. С пищей, водой, атмосферным воздухом человек ежесуточно поглощает до 100 мкг свинца. Свинец депонируется в основном в скелете (до 90 %) в форме труднорастворимого фосфата:

3Рb2+ + 2РО43- = Рb3(РO4)2

Массовая доля свинца в организме человека 10-6 %. Безопасным для человека считают суточное поступление 0,2--2 мг свинца. В медицинской практике нашли применение как наружные вяжущие антисептические средства: ацетат свинеца Рb(СН3СОО)2•3Н2О (примочки) и оксид свинца (II) РbО (входит в состав пластыря свинцового простого).

р-Элементы IVА-группы резко различаются как по содержанию в организме человека, так и по биологической роли. Макроэлемент углерод играет основополагающую роль в жизнедеятельности организмов; микроэлемент кремний, вероятно, является жизненно необходимым; микроэлемент германий, возможно, выполняет некоторую физиологическую роль в организме, в то время как олово и в особенности свинец токсичны и являются примесными элементами. Следует отметить закономерность: токсичность соединений элементов IVА-группы с ростом атомной массы элемента возрастает.